[發(fā)明專(zhuān)利]碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410767191.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105734459B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳名海;董占青;裴久陽(yáng);李清文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B22F3/20
• 分類(lèi)號(hào): B22F3/20;C22C101/10
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種碳納米管增強(qiáng)鋁鋁基復(fù)合材料的制備方法，屬于納米復(fù)合材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋁基復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐磨耐腐蝕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性和熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、電子儀器等工業(yè)，也是近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外新材料研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。同時(shí)，碳納米管作為一維的納米材料，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到50~200 GPa，約是鋼的100倍，質(zhì)量輕，密度是鋼的1/6，彈性模量約為1 TPa，同時(shí)碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，被視為最理想的復(fù)合材料增強(qiáng)體。碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越的綜合力學(xué)性能，有望成為替代傳統(tǒng)陶瓷相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的新一代輕質(zhì)高強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。

傳統(tǒng)碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法包括粉末冶金法、融熔鑄造、壓力浸滲、電沉積、熱噴涂等方法，其中粉末冶金工藝由于其適應(yīng)面廣，是目前最常用的制備方法。但目前采用的粉末冶金制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法普遍存在工藝步驟繁瑣、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。例如，公開(kāi)號(hào)為CN101956149A的發(fā)明專(zhuān)利中通過(guò)球磨粉末、壓制成型、真空燒結(jié)的工藝制備得到碳納米管增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，并輔助二次加工進(jìn)一步提高材料的致密度，減少缺陷。公開(kāi)號(hào)為 CN1834280A的發(fā)明專(zhuān)利通過(guò)真空熱壓制備了碳納米管增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其采用高能球磨10-15小時(shí)，低能球磨20-25小時(shí)的兩步長(zhǎng)時(shí)間球磨法，隨后壓制、燒結(jié)等工序，整個(gè)流程較長(zhǎng)。公開(kāi)號(hào)為CN102424919A的發(fā)明專(zhuān)利中通過(guò)采用將球磨、燒結(jié)、熱壓、熱擠壓制備了碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。因此，探索高效制備方法，以縮短流程，減少碳納米管與鋁基體在高溫區(qū)的長(zhǎng)時(shí)間停留帶來(lái)的不利界面反應(yīng)，顯得尤為重要。但迄今位置，仍然缺乏一種既有效又經(jīng)濟(jì)的制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其具有工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，且所獲碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有優(yōu)異綜合性能，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括：

將碳納米管、鋁粉或鋁合金粉以及過(guò)程控制劑經(jīng)過(guò)球磨制成復(fù)合粉體，

將所述復(fù)合粉體封裝于包套材料內(nèi)，加熱升溫至指定溫度燒結(jié)，經(jīng)熱擠壓制成復(fù)合材料坯料，

以及，剝離包套材料，獲得目標(biāo)產(chǎn)物。

優(yōu)選的，所述復(fù)合粉體包含按重量份計(jì)算的如下組分：碳納米管0.1-10份、鋁粉或鋁合金粉90-99份，過(guò)程控制劑0.01-2份。

進(jìn)一步的，所述碳納米管包括單壁碳納米管、多壁碳納米管中的任意一種及兩種以上的組合。

較為優(yōu)選的，所述碳納米管的管徑為0.4納米-150納米。

進(jìn)一步的，所述鋁粉或鋁合金粉至少可選自純鋁粉、鋁-硅系、鋁-鎂系、鋁-銅系、鋁-鋅系及稀土鋁合金粉，但不限于此。

較為優(yōu)選的，所述鋁粉或鋁合金粉的顆粒平均粒徑為50納米-100微米。

進(jìn)一步的，所述過(guò)程控制劑至少可選自硬脂酸、硬脂酸鋰、硬脂酸鋅、石蠟、甲醇、乙醇、硅油、油酸、纖維素，但不限于此。

較為優(yōu)選的，該制備方法中采用的球磨工藝條件包括：球料比為1/1-40/1，轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘-3500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為30分鐘-6小時(shí)。

進(jìn)一步的，該制備方法中采用的球磨工藝至少可選自行星式球磨、攪拌球磨工藝，但不限于此。

進(jìn)一步的，所述包套材料可采用金屬包套材料，例如可選自但不限于銅、鋁、鐵管狀薄壁型材中的任意一種。

較為優(yōu)選的，該制備方法中采用的燒結(jié)溫度為400℃-620℃，加熱時(shí)間為30秒-6小時(shí)。

較為優(yōu)選的，該制備方法中采用的熱擠壓工藝條件包括：壓力為10MPa-700MPa，擠壓比為4/1-50/1、擠壓速度為2-10毫米/秒。

進(jìn)一步的，該制備方法還可包括：在剝離包套材料后，去除復(fù)合材料坯料的毛邊，從而獲得目標(biāo)產(chǎn)物。

本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)化傳統(tǒng)粉末冶金工藝中坯料壓制、燒結(jié)、熱擠成型的工藝流程，實(shí)現(xiàn)一步成型，大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了類(lèi)似多步驟粉末冶金工藝中碳納米管與鋁基體在高溫區(qū)的保溫時(shí)間，避免碳納米管與鋁基體的不利界面反應(yīng)，有效控制了鋁基體和碳納米管之間的有效界面結(jié)合，實(shí)現(xiàn)碳納米管在鋁基中的均勻分布，能夠制備出具有優(yōu)異綜合性能的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

較之于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有如下有益效果：